基于环境保护视角的北京市工业产业升级路径研究

任继勤,祁士伟,殷 悦(北京化工大学 经济管理学院,北京 100029)

基于环境保护视角的北京市工业产业升级路径研究

任继勤,祁士伟,殷 悦
(北京化工大学 经济管理学院,北京 100029)

通过建立北京市各工业行业与大气环境和GDP的灰色关联度模型,进行关联度分析。结果表明:工业行业能源消费量在一定程度上与经济发展相辅相承、相互影响。据此，提出具体转移升级路径:①将橡胶塑料制品业和化学原料化学制品制造业转移到河北,与河北省形成产业集群效应;②保留石油加工炼焦核燃料加工业、电力热力生产供应业和黑色金属冶炼压延加工业;③对非金属矿物制品业、金属制品业、汽车制造业和计算机通讯等电子设备制造业采取半保留半转移措施;④对化学纤维制造业采取就地转型升级的措施。

环境污染;能源消费;GDP;灰色关联度

随着我国社会经济平稳快速发展,资源与环境的约束问题日益凸显,环境质量对人们身心健康的影响受到越来越多的关注。环境质量日益恶化来源于环境污染,与能源消费结构密切相关。长期以来,我国工业能源消费量占能源消费总量的70%左右,在三产之中占比最高[1]。北京市是我国的政治文化中心,资源高度依赖外省市供应，随着需求的不断增加,其可持续发展将面临严峻的挑战[2]。因此,关于产业结构升级、优化能源消费结构、减少环境污染等问题一直以来都受到各个方面的密切关注。

20世纪60年代以来,欧美日等国家采取一系列环境治理系统的措施,用了30多年治理污染问题。如英国1956年颁布的《清洁空气法案》促成了烟控区建立；联合国欧洲经济委员会的长距离运输空气污染物条约(CLRTAP)和欧盟国家排放最高限定指示(NECD)对可吸入颗粒物进行了限制[3]；欧洲绿色城市指数详细规定了CO2排放、能源、土地利用、空气质量等指标。

我国从1980年开始出台了一系列环境污染治理的政策和措施。国家层面上,发布了《中华人民共和国大气污染防治法》、《大气污染防治行动计划》、《环境保护法》等法规,规定了污染物的浓度限值,实施排污总量控制和许可证制度;区域层面上,制定了《关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量的指导意见》、《重点区域大气污染防治“十二五”规划》等,加强推进区域大气污染联防联控工作。北京市印发了《北京市“十二五”时期节能降耗与应对气候变化综合性工作方案的通知》,阐明为应对气候变化,在节能降耗方面强调“深入贯彻可持续发展理念,积极推动经济、社会和环境协调发展”[4]。

能源、经济与环境的关系研究:当社会经济发展到一定程度,会涉及到环境和污染问题,环境库兹涅茨曲线是在资源—经济模型中加入环境因素,形成3E大系统[5]。在不同的环境下,资源、经济和环境具有不同的演化规律。我国提出单位GDP的CO2排放降低目标,促进可再生能源等清洁能源的使用[6]。通过库兹涅茨曲线回归模型研究,发现环境污染与能源消费结构、产业结构密切相关[7]。在资源受限的城市发展绿色经济,对促进社会经济的协调发展非常重要。

产业结构和环境污染的关系研究:在构建经济增长、产业结构和环境污染空间计量模型的基础上,得出在人均GDP不变的情况下,第二产业与环境污染呈负相关关系，其比重每变化1%,环境污染综合指数就会随之变化0.00286[8]。采用2004—2013年我国的省际面板数据,对产业结构和环境污染的关系进行实证检验,得出当产业结构以第二产业为主导时,污染物排放总量将不断增加[9]。通过构建Copeland-Taylor产业聚集与环境污染模型,得出产业聚集对环境污染具有显著的门槛特征[10]。产业聚集达到一定程度时,对环境污染有显著的改善作用。龚健健等则运用环境污染与高耗能产业回归模型,得到高耗能产业聚集有利于节能减排的结论[11]。

这些学者基于宏观角度得出工业能源消费是环境污染的主要源头,产业的结构优化和转移升级是环境治理的重要手段。鲜少有学者基于微观层面,从地区和产业内部结构入手,对工业中具体行业与环境质量的关系进行研究。产业内部结构的变动,会对环境污染产生不同的影响。因此,本文在前人理论分析的基础上,运用计量研究方法,选取具有代表性的产业结构和环境污染的指标,对北京市产业结构和环境污染进行实证研究,以期能为北京市经济持续发展提供借鉴和参考。

图1 2010—2014年北京市大气环境状况

1 北京市大气环境污染现状分析

近年来,北京市采取多项措施治理环境污染,环境质量虽然有间断性改善,但整体大气环境质量并未得到太大改善。2014年北京市可吸收颗粒物、PM2.5、二氧化氮的年均浓度整体上升,只有二氧化硫年均浓度持续走低,但远未达到优良水平(图1)。其中,北京市PM2.5的平均浓度严重超过世界卫生组织建议的上限,极大地影响到人们的身心健康。因此,要加快环境治理步伐,提高环境问题解决效率。

2 北京市工业能源消费量与GDP发展现状

2010—2014年,北京市地区万元生产总值能耗和工业万元生产总值能耗均呈下降趋势。单位GDP能耗是评价消费水平和节能降耗状况的主要指标,可说明一个区域经济活动对能源的依赖程度,反映经济结构和能源利用效率的变化。万元生产总值能耗下降,表明北京市经济结构在向资源集约型转变,能源利用效率正逐渐提升。但工业单位GDP能耗下降低于北京市地区的单位GDP能耗,反映工业能源消费效率比其他行业低。

从北京市能源消费总量来看,2013年由于受到有力控制,能源消费量大幅度下降，但2014年北京市的能源消费总量呈现小幅上升。北京市的工业能源消费量则逐年减少,表现出稳定的发展趋势。能源消费总量增长率和工业能源消费增长率呈波动状态,2014年整体回升(图2)。

图2 2010—2014年北京市能源消费情况

北京市地区生产总值增长率和工业生产总值增长率曲线表明,北京市经济已经由快速发展转向持续健康平稳发展,受整体经济运行状况的影响,其工业产值增长速度也趋于平稳。同时,由于北京市近年来加快了产业结构调整,工业产值占总产值的比例逐年下降(图3)。

图3 2010—2014年北京市工业生产总值及其增长率

综上所述,北京市工业产值增长较缓慢,能源消费总量趋于下降,但单位GDP能耗仍然较高。这一方面反映了北京市工业发展受到产业结构调整的影响,另一方面反映了北京市工业结构不合理及能源利用效率低下。《京津冀协同发展规划纲要》中对北京市的功能进行了定位,要求其将高耗能高污染的产业进行转移升级。因此,本文将北京市的工业行业作为研究对象,找出对环境污染严重且对经济发展贡献小的行业,然后对这些行业采取相应的措施,促进北京市经济环境协同发展。

3 评价指标体系的构建和模型的选取

本文以北京市典型工业行业为对象,建立灰色关联度模型,探究北京市能源消费与大气环境、经济增长之间的关系,找出对大气环境和经济增长作用最大的行业。

3.1 评价指标体系构建

为了准确反映北京市能源消费的实际情况,在选择评价指标时要尽可能利用或借鉴现有的各个社会经济指标。指标选择的原则包括:可操作性原则、科学性原则、可评价性原则、简明性原则[12]。根据指标的选取原则和环境污染与能源消费的关系,本文选取北京市具有代表性的工业行业和大气环境指标构建评价指标体系。

能源消费指标的选取:北京市的能源消费总量是指在北京地区内的一定时期,国民经济各行业的能源消费量,如工业、农业、建筑行业等居民家庭的能源消费总和,主要由能源运输、能源加工转换和管理过程的损失量、终端能源消费量三部分组成。本文着重研究了北京市工业行业能源消费对环境的影响,并依据统计年鉴选取指标。基于“二八原则”,研究选取10个有代表性的工业行业:金属制品业、汽车制造业、计算机通讯和其他电子设备制造业、电力热力生产和供应业、化学纤维制造业、石油加工炼焦和核燃料加工业、橡胶和塑料制品业、非金属矿物制品业、化学原料和化学制品制造业、黑色金属冶炼及压延加工业,其能源消费量约占工业能源消费总量的80%[1]。

大气环境指标的选取：在进行空气质量监测时,一般根据当地具体情况,将区域内的主要污染物作为评价指标,常用的指标有SO2、TSP、NO2、CO、PM10等。根据国家环境空气质量标准,鉴于数据的可获取性与相关性,结合北京市的环境污染特征,研究选取PM10年日均值、SO2年日均值、NO2年日均值作为大气环境评价指标[12]。

3.2 评价模型选取

在研究能源消费与环境污染、经济增长之间的关系时,不同学者采用的研究方法和模型有所不同。部分学者采用主成因分析法[13],部分学者运用格兰杰因果检验法[14],还有学者通过建立复杂的模型进行研究,如CGE模型[15]等。上述方法和模型虽然对变量之间的统计规律有很好的反映效果,但是对样本量的要求较严格,而灰色关联分析法要求较低,因此对北京市有限且灰度较大的统计数据选择灰色关联分析法是十分合理的。

4 灰色关联度模型建立步骤

分别设置参考数列X0(k)和比较数列Xi(k),其表达式为:

X0(k)={x0(1),x0(2)，…,x0(k)} (k=1,2,…,m)

(1)

Xi(k)={xi(1),xi(2)，…,xi(k)} (i=1,2,…,n)

(2)

式中,k为时间;m为时间的最大值;i为比较数列的个数;n为比较数列的总数。

原始数据无量纲化处理:无量纲化处理需要依据数据的稳定性进行,对具有稳定增长趋势的数据,一般采用初值化变换;对升降趋势不明显的数据,则采用均值化变换。

绝对初值化:

Y0(k)={x0(1)-x0(1),x0(2)-x0(1),…,x0(n)-x0(1)}

(3)

Yi(k)={xi(1)-xi(1),xi(2)-xi(1),…,xi(n)-xi(1)}

={yi(1),yi(2),…,yi(n)}(i=1,2,…,m)

(4)

相对初值化:

Y0(k)={x0(1)/x0(1),x0(2)/x0(1),…,x0(n)/x0(1)}

={y0(1),y0(2),…,y0(k)}(k=1,2,…,m)

(5)

yi(k)={xi(1)/xi(1),xi(2)/xi(1),…,xi(n)/xi(1)}

={yi(1),yi(2),…,yi(k)}(i=1,2,…,n)

(6)

式中,Y0(k)为X0(k)初始化处理后的参数序列;Yi(k)为Xi(k)为初始化后的比较序列。

均值化:均值化有两种方式：一是绝对均值化,即先求出各个原始数列的平均数,再用数列的所有数据减去该数列的平均数,由此得到一个差数数列;二是相对均值化,即用数列的所有数据除以该数列的平均数,得到一个倍数数列[12]。

求绝对差Δi(k)并分别找出绝对差的最大值Δmax、最小值Δmin:

Δi(k)=|Yi(k)-Y0(k)| (i=1,2,…,n)

(7)

计算关联系数ri、关联度ρi和综合关联度ρ:

ri=(Δmin+θΔmax)/(Δi(k)+θΔmax)

(8)

(9)

ρ=θη+(1-θ)λ

(10)

式中,η代表绝对关联度;λ代表相对关联度;θ∈[0,1]是用来调节绝对关联度和相对关联度对综合关联度影响程度的分辨系数,θ越小,表明绝对关联度和相对关联度对综合关联度的影响程度差别越大,一般取θ=0.5。当比较数列与参考数列的关联度大于0.6,便认为其关联性显著。

5 实证研究及相关分析

对2005—2014年北京市大气环境指标、GDP和10个工业行业能源消费量的统计数据进行整理,见表1。本文以变量X0(k)表示北京市大气环境和GDP指标的参考序列,以变量Xi(k)表示10个工业行业能源消费量的比较数列,建立四个灰色关联模型,分别考察北京市不同工业行业的能源消费量与大气环境、GDP之间的关联度。

表1 北京市2005—2014年能源消费总量、GDP、大气环境与各工业行业能源消费量

注:数据来源于2006—2015年的《北京市统计年鉴》。

5.1 各行业能源消费量与大气环境的关联度分析

由于大气环境三个指标并无显著增长趋势,首先将大气环境三个指标数据均值化。根据灰色关联度模型和表1的数据计算出北京市各工业行业能源消费量与PM10年日均值、SO2年日均值、NO2年日均值的灰色综合关联度。在此基础上,对综合关联度进行加权平均,得到各行业与大气环境的综合关联度。根据测定结果可见，影响北京市大气环境和PM10前四个主要因素是橡胶和塑料制品业、非金属矿物制品业、化学纤维制造业和金属制品业。SO2的第四大影响因素是化学原料和化学制品制造业,金属制品业排放浓度为第五位。在NO2排序中,金属制品业是NO2排放浓度的第二大影响因素,非金属矿物制品业排在第四位(表2)。

表2 各工业行业与大气环境的关联度排序

5.2 各工业行业与大气环境的综合关联度分析

主要是:①橡胶和塑料制品业。橡胶制品业在原材料加工和配料、塑料和热炼、混炼、压延挤出、成形和硫化工艺过程中,产生大量的粉(烟)尘和废气;塑料制品业的生产工艺,如挤塑、注塑、吹塑、压延、层压等也是空气中粉(烟)尘和废气的主要来源,因此橡胶和塑料制品业对大气环境具有显著影响。②非金属矿物制品业。主要包括水泥石灰和石膏制造、石膏水泥制品及类似制品制造、砖瓦石材等建筑材料制造、玻璃及陶瓷制品制造等。根据《工业污染源产排污系数手册》,这些制品在生产过程中会造成严重的粉(烟)尘污染和废气排放。③化学纤维制造业。在生产过程中，化学纤维主要产生废水、化学需氧量和固体废弃物—污泥(含水80%)等污染物,但由于处理不当,使固体废弃物—污泥在干涸后造成大气环境中粉(烟)尘、氮化物和硫化物的增加。④金属制品业。主要包含众多的小类行业,虽然各小类行业在生产过程中采取的工艺有所不同,但排放的污染物都以粉(烟)尘、废气和废水为主。与其他行业相比,金属制品业排放的NO2量相对较高,因此对大气环境中NO2的影响更加显著。⑤黑色金属冶炼及压延加工业。该行业本身属于重污染企业,但对北京市大气环境的影响较弱,排在第十位。该行业的能源消费量从2009年的449.57万t标煤降到2010年的27.88万t标煤,对环境的影响大幅度减小(表1)。究其原因，主要是2008年北京奥运会的筹办,当时北京市政府采取了北京首钢转移升级的政策。

5.3 各行业能源消费量与GDP的关联度分析

根据灰色关联分析模型和表1的数据,采用上述公式进行一系列运算,得到各行业能源消费量与GDP综合关联度的数值(图4)。主要是:①综合关联度均大于0.65,包括橡胶和塑料制品业、非金属矿物制品业、化学纤维制造业、汽车制造业、计算机通讯和其他电子设备制造业、电力热力生产和供应业、金属制品业等,与北京市GDP均呈显著相关性。②综合关联度小于0.6,黑色金属冶炼及压延加工业与北京市GDP的关联性最小。主要原因是：由于北京市不断进行产业结构优化,向外转移污染较严重的钢铁、金属冶炼、煤炭等重工业,重点发展轻工业、商业、高新技术产业,减轻了环境污染,并保持了GDP平稳增长。

图4 各工业行业与北京市GDP的关联度

5.4 相关分析

基于能源消费和北京市工业行业与大气环境关联度两方面分析:高耗能不意味着高污染,低耗能不代表污染小。由表1和表2可知,高耗能工业行业与北京市大气环境没有表现出绝对的显著关联性。虽然非金属制品业对环境影响严重,但比能耗更多的电力热力生产和供应业、石油加工炼焦和核燃料加工业,对环境却没有产生很大影响;而橡胶和塑料制品业和化学纤维制造业虽然属于低耗能行业,但对环境的综合关联度却位于前三,是主要的环境污染源。能源消费量会在一定程度上影响环境质量,但不是影响环境质量的全部原因。当行业能源利用效率低时,采取一定的节能措施,可减少能源消费量和污染物排放量。但当能源利用效率高而能源结构不合理时,控制总量对污染治理已没有太大作用,反而会阻碍经济发展。此时,对能源结构进行合理调整、减少煤炭等污染严重的能源产品消费量,是减少污染物排放量的有力措施。对能源利用效率较高、能源结构合理但生产工艺落后的行业,提高科研创新能力、加快清洁生产工艺的研发是污染减排的重要手段。因此，减少工业行业污染物排放的途径主要有提高能源利用效率、优化能源结构、采用清洁生产工艺三种。

基于能源消费和北京市工业行业与GDP关联度两方面分析:工业行业的能源消费量在一定程度上与其对经济的贡献相辅相承、相互影响。经济发展扩大了市场需求,进一步推动工业行业发展,因此能源消费量有所增加；而能源消费量的增加反过来作用于市场,促进经济发展，但这不意味着能耗越高对经济的影响就越大。如在计算机通讯和其他电子设备制造业、石油加工炼焦核燃料加工业中，计算机通讯和其他电子设备制造业的能源消费量虽然小,但对北京市的GDP具有显著性影响。石油加工炼焦核燃料加工业的能源消费量远超于计算机通讯和其他电子设备制造业,但对经济发展的影响相对较弱。

6 产业转移升级的路径选择

本文基于上述关联性分析,为协调北京市经济环境共同发展,选择以下转移升级路径:①将橡胶塑料制品业和化学原料化学制品制造业转移到河北,在河北省形成产业集群效应,提高污染治理效率。橡胶塑料制品业和化学原料化学制品制造业与北京市经济发展关系不大,但却是环境污染的重要源头。河北省是制造业聚集区,《京津冀协同发展规划纲要》将河北省定位为产业转型升级试验区,因此考虑将河北作为产业承接地。②保留石油加工炼焦核燃料加工业、电力热力生产供应业和黑色金属冶炼压延加工业。在控制能源消费总量的基础上,提高能源利用效率,优化能源消费结构,采用清洁生产工艺。石油加工炼焦核燃料加工业、电力热力生产供应业和黑色金属冶炼压延加工业对北京市大气环境影响较弱,且对北京市经济发展有显著的推动作用。③对非金属矿物制品业、金属制品业、汽车制造业和计算机通讯等电子设备制造业采取“半保留半转移”措施,保留部分先进企业,转移升级部分落后企业。这不仅是与大气环境和GDP的关联度所决定的,还与北京市丰富的矿产资源有关。④对化学纤维制造业采取就地转型升级的措施,推动研发化学纤维制造业清洁生产工艺及污染物处理方法。化学纤维虽然能源消费量较小,但与大气环境具有显著关联性,又由于其对经济发展具有明显作用,因此采取就地转型升级的措施。

7 结语

本文在进行研究时,结合整体与局部的思想,采用灰色关联分析法,通过对北京市各工业行业能源消费量与其能源消费总量、GDP和大气环境关联度的研究,发现高耗能不意味着高污染,耗能低不代表污染小，工业行业能源消费量在一定程度上与经济发展相辅相承、相互影响。因此，基于环境污染的视角,对北京市工业行业的转移路径做出选择,为北京市产业结构调整提供参考,同时为津冀地区产业承接工作提供参考。本文基于北京市的特殊功能性,仅对其工业行业进行了探讨,拓展了该领域的研究视角和方法。为了京津冀区域环境治理的更好更快发展,未来可对整个京津冀的工业行业展开研究,促进区域的协同发展,以期为政府决策者提供参考。

[1]国家统计局.中国统计年鉴[M].北京:中国统计出版社,2015.

[2]李桂君,李玉龙,贾晓菁,等.北京市水—能源—粮食可持续发展系统动力学模型构建与仿真[J].管理评论,2016,28(10)∶11-26.

[3]Barker T,Scrieciu S.Modeling Low Climate Stabilization with E3MG:Towards a′ New Economics′ Approach to Simulate Energy-Environment-Economy System Dynamics[J].Energy Journal,2010,31(1)∶137-164.

[4]任继勤,梁策,刘嘉.京津冀一体化与北京市节能减排研究[J].中国党政干部论坛,2014,(11)∶103-105.

[5]Tol RS.Carbon Dioxide Emission Scenarios for the USA[J].Energy Policy,2007,35(11)∶5310-5326.

[6]魏一鸣,吴刚,刘兰翠,等.能源—经济—环境复杂系统建模与应用进展[J].管理学报,2005,2(2)∶159-170.

[7]马丽梅,张晓.中国雾霾污染的空间效应及经济、能源结构影响[J].中国工业经济,2014,(4)∶19-31.

[8]韩楠.中国经济增长?产业结构与环境污染的空间计量研究[J].环境工程,2016,34(7)∶155-159.

[9]李鹏.产业结构调整与环境污染之间存在倒U型曲线关系吗?[J].经济问题探索,2015,(12)∶56-67.

[10]杨仁发.产业集聚能否改善中国环境污染[J].中国人口·资源与环境,2015,25(2)∶23-29.

[11]龚健健,沈可挺.中国高耗能产业及其环境污染的区域分布——基于省际动态面板数据的分析[J].数量经济技术经济研究,2011,(2)∶20-36,51.

[12]任继勤,梁策,白叶.北京市终端能源消费与GDP和大气环境的关联分析[J].北京交通大学学报(社会科学版),2015,14(1)∶45-51.

[13]袁程炜,张得.能源消费、环境污染与经济增长效应：基于四川省1991—2010年样本数据[J].财经科学,2015,(7)∶132-140.

[14]Apergis N,Payne J E.Energy Consumption and Economic Growth in Central America：Evidence from a Panel Cointegration and Error Correction Model[J].Energy Economics,2009,31(2)∶211-216.

[15]Fraser I,Waschik R.The Double Divided Hypothesis in a CGE Model：Specific Factors and the Carbon Base[J].Energy Economics,2013,39(3)∶283-295.

ResearchonPathofIndustrialUpgradinginBeijingBasedonEnvironmentalProtection

REN Ji-qin,QI Shi-wei,YIN Yue
(School of Economics and Management,Beijing University of Chemical Technology,Beijing 100029,China)

This paper constructed a grey correlation degree model among Beijing′s each industry,the atmospheric environment and the GDP,and obtained the following conclusions by performing correlation analysis,drew the conclusion:Industrial energy consumption and economic development influence and complement each other in a certain extent.Countermeasures and suggestions were proposed as follows:①Transforming the rubber plastic products industry and chemical raw materials,chemical products manufacturing industry to Hebei Province,forming the industrial cluster effects.②Retaining the petroleum processing coking nuclear fuel processing industry,electricity and heat production and supply industry and ferrous metal smelting and rolling processing industry.③Taking measures of “half retained half transferred” on the non-metallic mineral products,metal products manufacturing,automobile manufacturing and computer communications and other electronic equipment manufacturing industry.④Taking measures to upgrade local chemical fiber manufacturing.

environmental pollution;energy consumption;GDP;grey correlation degree

10.3969/j.issn.1005-8141.2017.04.010

X196；F427

A

1005-8141(2017)04-0436-06

2017-02-13；

2017-03-22

国家社会科学基金面上项目“碳排放视角下超大城市绿色低碳发展路径研究”(编号:16BGL007)。

及通讯作者简介：任继勤(1963-),女,黑龙江省哈尔滨人,管理学博士,副教授,硕士生导师,研究方向为资源与环境管理、能源政策与节能减排。